1、1考点 1 力学实验限时 45 分钟1如图 6116 所示，某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续的 6 个水滴的位置。(已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴)图 6116(1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中 A 点位置时的速度大小为_ m/s，加速度大小为_ m/
2、s2。(结果均保留两位有效数字)解析 (1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动；(2)已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为： t s，所以 A 点位置的速度为：3045 23vA 0.19 m/s，根据逐差法可求加速： (x5 x4)( x2 x1)6 a( t)2，解0.117 0.1332 t得 a0.037 5 m/s 20.038 m/s 2。答案 (1)从右向左；(2)0.19 0.0382某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。(1)如
3、图 6117(a)所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加2砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数 k_N/m。( g取 9.8 m/s2)砝码质量(g) 50 100 150弹簧长度(cm) 8.62 7.63 6.66(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图(b)所示；调整导轨，当滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_。(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量 x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_。(4)重复(3)中的操作，得到 v 与 x 的关系如图(c)。由图可知， v 与 x 成_关系，由上述
4、实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_成正比。图 6117解析 (1)由 f kx 得 f k x，代入表中数据可得出 k 值。(2)滑块滑行过程中无摩擦阻力，自由滑动时导轨已调整到水平状态，故滑块此时匀速运动。(3)释放滑块的过程中弹簧弹性势能转化为滑块的动能。(4) v x 图线是过原点的直线，故 v x。因Ep Ek mv2 v2 x2，故 Ep x2。12答案 (1)49.550.5 (2)相等 (3)滑块的动能(4)正比 压缩量的二次方3某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度的之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的挡光片、光电计时器。3图 611
5、8实验步骤如下：如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑：当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间 t；用 s 表示挡光片沿运动方向的长度(如图(b)所示)， 表示滑块在挡光片遮住光线v的 t 时间内的平均速度大小，求出 ；v将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤、；多次重复步骤利用实验中得到的数据作出 v t 图，如图(c)所示完成下列填空：(1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小，用 vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度
6、大小，则 与 vA、 a 和 t 的关系式为 _。v v(2)由图(c)可求得 vA_cm/s， a_cm/s 2。(结果保留三位有效数字)解析 (1)设遮光片末端到达光电门的速度为 v，则由速度时间关系可知：4v vA a t，且 联立解得： vA a t；vvA v2 v 12(2)由图(c)可求得 vA52.1 m/s， a cm/s28.2 cm/s2即 a16.4 12 53.6 52.118010 3cm/s2。答案 (1) vA a t； (2)52.1,16.3(15.816.8)v124(2018青岛二模)下图 6119 为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、
7、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：图 6119用天平测出两个小球的质量分别为 m1和 m2；安装实验装置，将斜槽 AB 固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面 BC 连接在斜槽末端；先不放小球 m2，让小球 m1从斜槽顶端 A 处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置 P；将小球 m2放在斜槽末端 B 处，仍让小球 m1从斜槽顶端 A 处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球 m1、 m2在斜面上的落点位置；用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端 B 的距离。图中从 M、 P、 N 点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从 M、 P、 N 到 B 点的距离分别为 SM、 SP、
8、SN。依据上述实验步骤，请回答下面问题：(1)两小球的质量 m1、 m2应满足 m1_m2(填写“” 、 “”或“m2。(2)碰后 m1的速度小于 m2的速度，因此 m1的水平位移小于 m2的水平位移，小球 m1的落点为 M 点。 m2的落点为 N 点。(3)设落点到 O 的距离为 L，则有 Lcos v0t， Lsin gt212解得 v0 ， v0 。gLcos 2sin L当满足 m1 m1 m2 时SP SM SN有 m1v0 m1v1 m2v2，即满足动量守恒定律。(4)根据动能表达式 Ek mv2 。12 mgLcos 24sin 若碰撞过程动能守恒则有 SP SM SNm1gco
9、s 24sin m1gcos2 4sin m2gcos 24sin 即 m1SP m1SM m2SN因此只需比较 m1SP与 m1SN m2SN是否相等即可判断碰撞过程是否为弹性碰撞。答案 (1) (2) M、 N (3) m1 m1 m2 (4) m1SP、 m1SM m2SNSP SM SN5(2018江淮十校联考)图 6120 甲装置可用来探究动能定理和探究物体的加速度与合外力、质量的关系等实验。某实验小组利用该装置来探究物体的加速度与合外力、质量的关系，其 AB 是水平桌面， CD 是一端带有滑轮的长木板，1、2 是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两个光电计时器没有画出)，间距为
10、s。小车上固定着挡光片 M，测得挡光片 M 的宽度为 d，让小车从木板的顶端滑下，与两个光电门各自连接的计时器显示挡光片 M 的挡光时间分别为 t1和 t2。6图 6120(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度 d，示数如图丙所示，则 d_cm。(2)该实验中，在改变小车的质量 M 或钩码的总质量 m 时，需要保持 M 远大于 m，这样做的目的是_。(3)某位同学经过测量、计算得到如下表数据，请在图乙中作出小车加速度与所受合外力的关系图象。组别 1 2 3 4 5 6 7M/kg 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58F/N 0.10 0.15 0.20 0.25 0.
11、30 0.35 0.40a/ms2 0.13 0.17 0.26 0.34 0.43 0.51 0.59(4)由图象可以看出，该实验存在着较大的误差，产生误差的主要原因是_。(5)若用该装置来“探究合外力对物体做功与物体动能变化的关系”：他们进行了如下的一些操作或步骤，其中需要且正确的是A利用天平测出小车的质量为 200 g 和一组钩码的质量：5 g、10 g、40 g、50 g；B平衡小车所受的阻力：不挂钩码，用小垫块调整木板左端的高度，接通打点计时器的电源，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列间隔均匀的点；C他们挑选了一个质量为 50 g 的钩码挂在拉线的挂钩上，打开电磁打点计时器的电源
12、，释放小车，打出一条纸带；D再在小车里放上 30 g 的砝码，接着该组同学又重复了步骤 B、C 一次。解析 (1)游标卡尺的主尺读数为 10 mm，游标读数为：0.0510 mm0.50 mm，所以最终读数为：10 mm0.50 mm10.50 mm1.050 cm；(2)设小车的质量为 M，钩码的质量为 m，根据牛顿第二定律：对 m： mg T ma，对M T Ma，联立解得： T ，可见当 m M 时，即钩码的重力要远小于小车的重mMgm M mg1 mM力，这样绳子拉力近似等于钩码的重力，这样做的目的是使小车所受的合外力约等于 mg；(3)如下图：7(4)从上图中发现直线没过原点，当 F
13、0 时， a0。也就是说，当绳子上有拉力时小车的加速度还为 0，说明该同学实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分；(5)实验要验证动能定理，即 FS Mv2，用钩码的重力表示拉力，即 F mg，故要验证：12mgS Mv2，需要测量小车质量和钩码质量，故 A 正确；用钩码的重力表示拉力，要平衡摩12擦力，故 B 正确；钩码加速下降，是失重，只有当小车的质量远大于钩码的质量时，拉力才等于钩码的重力；挑选了一个质量为 50 g 的钩码，不满足小车的质量远大于钩码的质量，故 C 错误；应该换用不同的钩码重复实验，故 D 错误。答案 (1)1.050 (2)绳子的拉力大小等于(或约等于)钩码的重力 mg
14、 (3)见解析 (4)木板倾角偏小(或末完全平衡摩擦力) (5)AB6用如图 6121 所示实验装置测量滑块 A 与木板间的动摩擦因数。长木板水平固定，细线跨过定滑轮与滑块 A、重锤 B 相连。将细线拉直，测出 B 离地面的高度 h，将重锤从 h 高处静止释放， B 落地后，测出 A 在木板上滑动的距离 x；改变 B 释放高度重复实验，实验数据如下表所示。图 61218实验次数 1 2 3 4 5 6h/cm 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0x/cm 14.7 22.4 30.3 37.6 44.9 52.4(1)若测得 A 的质量 mA3 kg， B 的质量 mB1
15、 kg， A 和 B 间细线的长度 L112.0 cm，木板的长度 l98.0 cm，要达到实验目的。以上四个量中没有必要测量的是_(用物理量的符号表示)。(2)作出 x 随 h 变化的图象。(3)由图象并结合(1)中所测数值求得滑块与木板间的动摩擦因数为_。解析 (1)由题意可知， B 距地面的高度 h， A 在木板上滑行的距离 x， A、 B 的质量mA、 mB，从静止释放让它们运动到 B 着地，根据动能定理得：mBgh m Agh (mA mB)v212从 B 着地到 A 停在木板上，根据动能定理得：mAv2 m Ag(x h)12由解得： mBh(mA mB)x mBh可知没有必要测量
16、 L 和 l。(2)作出 x 随 h 变化的图象如图所示。(3)由得： x h(1 )mB (mA mB)根据数学知识得到图象中直线的斜率k(1 )mB (mA mB)由图得： k1.5代入数据得： 1.5(1 )1 (3 1)解得： 0.2。9答案 (1) L、 l (2)见解析图 (3)0.27如图 6122 甲所示的装置叫阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德(GAtwood,17461807)创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。图 6122(1)实验时，该同学进行了如下操作：将质量均为 M 的重物(
17、A 含挡光片、 B 含挂钩)用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态。测量出_(填“ A 的上表面” 、 “A 的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离 h。在 B 的下端挂上质量为 m 的物块 C，让系统(重物 A、 B 以及物块 C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为 t。测出挡光片的宽度 d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律。(2)如果系统(重物 A、 B 以及物块 C)的机械能守恒，应满足的关系式为_(已知重力加速度为 g)。(3)引起该实验系统误差的原因有_(写一条即可)。(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物 A、 B 以及物块 C)的机
18、械能守恒，不断增大物块 C 的质量 m，重物 B 的加速度 a 也将不断增大，那么 a 与 m 之间有怎样的定量关系？ a 随 m 增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：写出 a 与 m 之间的关系式：_(还要用到 M 和 g)。 a 的值会趋于_。解析 (1)、(2)需要测量系统重力势能的变化量，应该测量出挡光片中心到光电门中10心的竖直距离 h，则系统重力势能的减少量 Ep mgh，系统的末速度为： v ，则系统d t动能的增加量为： Ek (2M m)v2 (2M m) 2，若系统机械能守恒，则有：12 12 (d t)mgh (2M m) 2。12 (d t)(3)系统机械能守恒的条
19、件是只有重力做功，引起实验系统误差的原因可能有：绳子和滑轮有一定的质量、滑轮与轴之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等。(4)根据牛顿第二定律得，系统所受的合外力为 mg，则系统加速度为： a mg2M m，当 m 不断增大时，则 a 趋于 g。g2Mm 1答案 (1)挡光片中心 (2) mgh (2M m) 212 (d t)(3)重物运动受到空气阻力 (4) a gg2Mm 18某物理课外小组利用图 6123 甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系，图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码
20、共有 N5 个，每个质量均为 0.010 kg。实验步骤如下：图 6123(1)将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将 n(依次取 n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余 N n 个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻 t 相对于其起始位置的位移 s，绘制 s t 图象，经数据处理后可得到相应的加速度 a。(3)对应于不同的 n 的 a 值见下表。 n2 时的 s t 图象如图乙所示；由图乙求出此时11小车的加速度(保留 2 位有效数字)，将结果填入下表。n 1
21、2 3 4 5a/(ms2 ) 0.20 0.58 0.78 1.00(4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点，并作出 a n 图象，从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用 a n 图象求得小车(空载)的质量为_kg(保留 2 位有效数字，重力加速度 g 取 9.8 m/s2)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_(填入正确选项前的标号)。12A a n 图线不再是直线B a n 图线仍是直线，但该直线不过原点C a n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大解析 (3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将题图中点(2.00,0.78)代入s at2可得， a0.39 m/s 2。12(4)根据描点法可得如图所示图线。(5)根据牛顿第二定律可得 mg ( M5 m)a，则 a n，图线斜率 k mgM 5m mgM 5m，可得 M0.44 kg。1.005(6)若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用， n 的数值相同的情况下，加速度 a 变小，直线的斜率变小，绳的拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图象不过原点，选项 B 正确。答案 (3)0.39 (4)见解析图 (5)0.44 (6)BC
